Материалы для подготовки к работе. Исследование однофазного трансформатора

Исследование однофазного трансформатора

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Контрольные вопросы

1. Как осуществляется начальное возбуждение испытываемого генератора постоянного тока?

2. Почему в характеристике холостого хода нарушается пропорциональность между током возбуждения и напряжением?

3. Как изменяется напряжение генератора при увеличении тока нагрузки?

4. Как поддержать напряжение генератора постоянным при увеличении тока нагрузки?

Цель работы:

1. Закрепить практические знания принципа действия и устройства трансформатора.

2. Приобрести практические навыки в сборке схемы и включении однофазного трансформатора.

3. Исследовать основные свойства трансформатора.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформатор состоит из стального сердечника, собранного из тонких листов электротехнической стали, так же как в катушках индуктивности с ферромагнитным сердечником, изолированных друг от друга с целью снижения потерь мощности на гистерезис и вихревые токи. На сердечнике однофазного трансформатора (рис. 10.1) в простейшем случае расположены две обмотки, выполненные из изолированного провода. К первичной обмотке подводится питающее напряжение U₁. Co вторичной его обмотки снимается напряжение U₂, которое подводится к потребителю электрической энергии.

Во многих случаях трансформатор имеет не одну, а две или несколько вторичных обмоток, к каждой из которых подключается свой потребитель электроэнергии.

Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, который реализуется следующим образом. При протекании переменного тока по первичной катушке в стальном сердечнике возникает переменный магнитный поток Ф (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схема, поясняющая работу трансформатора

Магнитный поток Ф, пронизывая витки первичной и вторичной катушек, индуктирует в них ЭДС E₁ и E₂, которые определяются следующими выражениями:

E₁ = 4.44 Ф_mW₁ƒ,

E₂ = 4.44 Ф_mW₂ƒ,

где Ф_m – амплитудное значение магнитного потока;

W₁ и W₂ – число витков первичной и вторичной обмоток;

ƒ – частота изменения тока и напряжения источника переменного тока. В лабораторной работе ƒ = 50 Гц.

Таким образом соотношение ЭДС E₁ и E₂ обмоток трансформатора зависит от соотношения чисел витков первичной и вторичной обмоток W₁ и W ₂.

Отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения называется коэффициентом трансформации трансформатора (n_T).

Если W₁> W₂, то Е₁> Е₂ и трансформатор будет понижающий.

Если W₁< W₂, то Е₁< Е₂ и трансформатор будет повышающий.

При исследовании появляется необходимость проведения опыта холостого хода трансформатора. Этот опыт проводится в целях определения коэффициента трансформации n_T, магнитного потока Ф_т, а также потерь мощности Р _{т ном} в сердечнике магнитопровода трансформатора при номинальном режиме.

При опыте холостого хода к первичной обмотке трансформатора подводится напряжение, равное номинальному его значе­нию U _1ном. Вторичная обмотка трансформатора при этом ра­зомкнута, так как в цепи ее отсутствует нагрузка. В результате этого ток во вторичной обмотке оказывается равным нулю (I ₂ = 0), в то время как в цепи первичной обмотки трансформато­ра будет ток холостого хода I ₀, значение которого обычно неве­лико и составляет порядка 4—10% от номинального значения тока в первичной обмотке I _{1 ном}. С увеличением номинальной мощности трансформатора относительное значение тока холо­стого хода снижается.

На холостом ходу, когда падение напряжения в трансформаторе мало, отношение ЭДС Е₁ и Е₂ можно заменить отношением напряжений на зажимах обмоток трансформатора U_В и U_Н т.е.

Воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для первичной и вторичной цепи трансформатора в режиме холостого хода, можно получить следующие уравнения электрического равнове­сия:

- для первичной цепи: ;

- для вторичной цепи: ,

где Z ₁ – полное сопротивление первичной обмотки.

При работе с нагрузкой вторичная цепь замкнута и по ней протекает под действием ЭДС E₂ ток нагрузки I₂. В этом случае для вторичной цепи можно записать уравнение:

где Z ₂ – полное сопротивление вторичной обмотки трансформатора.

Из последнего уравнения видно, что с увеличением тока I₂ напряжение U₂ уменьшается. Это явление хорошо видно на внешней характеристике трансформатора (рис. 10.2), т.е. зависимости напряжения на зажимах вторичной обмотки U₂ от тока нагрузки I₂ при постоянном первичном напряжении и частоте cos φ.

Рис. 10.2. Внешняя характеристика трансформатора:

U _2xx - вторичное напряжение трансформатора на холостом ходу.

U _2н – вторичное напряжение при номинальной нагрузке трансформатора

I _2x – ток вторичной цепи при номинальной нагрузке трансформатора

Разность между вторичным напряжением при холостом ходе (U _2xx) и вторичным напряжением при нагрузке (U _2н) называется потерей напряжения в трансформаторе (Δ U ₂).

или

КПД современных трансформаторов весьма высок. С увели­чением номинальной мощности трансформатора КПД растет, причем для мощных трансформаторов он достигает значений по­рядка 98—99%.

Дата добавления: 2014-11-29